20_史扬 边缘计算参考架构20

人工智能边缘计算架构设计将机器学习推向边缘设备随着物联网技术的迅猛发展，越来越多的设备和传感器连接到互联网上，产生了海量的数据。

传统的云计算模式对于这些海量数据的处理和分析往往存在延迟和带宽瓶颈的问题。

而人工智能边缘计算架构的出现，为解决这个问题提供了一种创新的解决方案。

一、边缘计算的概念与意义边缘计算是一种将数据处理和分析的能力从中心化的云端移动到距离数据产生源头更接近的边缘设备上的计算模式。

它主要通过在边缘设备上安装具备一定计算能力的人工智能模型，将数据在本地进行处理和分析，从而实现实时响应和低延迟的目标。

边缘计算的意义在于：1. 提供实时响应能力：边缘设备上的人工智能模型可以快速处理数据，实现实时响应和决策，降低传输延迟，提高数据处理效率。

2. 降低网络带宽压力：将数据处理操作从云端转移到边缘设备上，减少了对网络带宽的需求，有效减轻了云计算资源的压力。

3. 加强数据隐私和安全：边缘计算允许数据在本地进行处理分析，减少了因数据传输而可能引起的隐私泄露风险，提高了数据安全性。

二、人工智能边缘计算架构设计人工智能边缘计算架构设计的核心是在边缘设备上部署适应边缘环境的机器学习模型。

下面将从硬件设备、软件框架和通信协议三个方面来探讨人工智能边缘计算架构设计的关键要素。

1. 硬件设备：边缘设备通常具备较低的计算和存储能力，因此在设计人工智能边缘计算架构时需要选择适应边缘设备资源限制的硬件设备，如嵌入式系统、单板计算机等。

此外，针对不同的应用场景，还可以选择具备特定边缘计算加速功能的硬件设备，如GPU、AI芯片等。

2. 软件框架：针对人工智能边缘计算的特点，选择适合边缘设备资源限制的软件框架尤为重要。

开源框架如TensorFlow Lite、PyTorch、Movidius等提供了针对边缘计算设备的轻量级机器学习模型，并支持硬件加速功能，提高了在边缘设备上机器学习的性能和效率。

3. 通信协议：边缘设备与云端的通信协议需要考虑到实时性和带宽压力两个因素。

边缘计算技术的软硬件要求和配置推荐边缘计算技术是一种将数据处理和存储能力向数据源的边缘推进的新型计算模式。

相较于传统的云计算模式，边缘计算能够更好地实现低延迟和高性能的数据处理需求。

在边缘计算领域，软硬件要求和配置决定了系统的性能和可靠性。

本文将重点介绍边缘计算技术的软硬件要求，并给出一些建议的配置推荐。

在软件方面，边缘计算平台需要具备高效的数据处理和分析能力，同时还需要具备实时响应和大规模并发处理的能力。

常见的边缘计算软件包括容器技术、分布式计算框架、数据处理和机器学习库等。

常见的软件要求如下：1. 容器技术：边缘计算平台常使用容器技术来运行和管理应用程序。

容器技术能够实现快速部署和扩展，同时提供隔离和安全性。

建议使用开源的Docker容器技术，可以满足大部分边缘计算场景的需求。

2. 分布式计算框架：边缘计算通常需要处理大规模的数据，因此需要使用分布式计算框架来实现数据的并行处理。

常见的分布式计算框架包括Apache Hadoop和Apache Spark等，它们能够提供高度可扩展的计算能力。

3. 数据处理和机器学习库：边缘计算平台需要具备强大的数据处理和分析能力。

常见的数据处理和机器学习库包括Apache Kafka、TensorFlow和PyTorch等。

这些库可以帮助开发者快速构建边缘计算应用，并提供高性能和高可靠性的数据处理和分析功能。

在硬件方面，边缘计算平台需要具备一定的计算能力和存储能力，以支持实时数据处理和存储需求。

常见的硬件要求如下：1. 高性能处理器：边缘计算平台需要使用高性能的处理器来实现快速数据处理和分析。

建议使用多核处理器和加速器，如英特尔的Xeon系列和NVIDIA的GPU 等。

这些处理器能够提供强大的计算能力，满足边缘计算平台的性能需求。

2. 高速网络：边缘计算平台需要具备高速的网络连接来实现实时数据传输和协同计算。

建议使用支持千兆以太网或更高速率的网络设备，以确保数据的及时传输和处理。

如何设计一个高效的边缘计算技术方案与架构边缘计算是一种将计算资源和数据存储靠近数据源头的技术，它可以为物联网、5G、人工智能等应用提供高效的计算和数据处理能力。

设计一个高效的边缘计算技术方案与架构需要考虑以下几个方面。

首先，确定边缘设备的部署策略。

边缘设备通常分布在利用边缘计算的场景中，如工厂、城市、交通等。

需要根据应用需求、网络拓扑和数据传输延迟等因素，合理选取边缘设备的部署位置。

一般可以选择在数据源附近、网络延迟较低的位置部署边缘设备，以减少数据传输的延迟。

其次，确定边缘计算的架构和网络拓扑。

边缘计算架构可以分为单层和多层两种。

单层架构中，边缘设备直接与云端交互，数据在边缘和云端之间传输。

多层架构中，边缘设备通过边缘节点与云端进行通信，数据在边缘节点和云端之间传输。

在确定架构的同时，还需要设计网络拓扑，包括边缘设备和边缘节点之间的连接方式和通信协议，以及边缘节点与云端之间的通信方式和协议。

然后，设计边缘计算的数据处理和任务调度算法。

边缘计算需要解决数据处理和任务调度的问题。

对于数据处理，可以根据应用需求和边缘设备的计算能力，将数据处理任务划分为多个子任务，并在边缘设备上并行处理。

同时，可以根据任务的优先级和资源利用率，设计合适的任务调度算法，将任务分配到不同的边缘设备上进行处理。

这样可以提高边缘计算的效率和吞吐量。

此外，考虑边缘计算的可靠性和安全性。

边缘计算对于数据的可靠性和安全性要求较高。

在设计方案时，需要考虑数据在传输过程中的完整性和保密性。

可以采用数据加密、身份认证、访问控制等技术手段，确保数据的安全性。

同时，还需要设计备份和冗余机制，以提供高可靠性的边缘计算服务。

最后，考虑边缘计算的可扩展性和管理性。

边缘计算的规模可能会随着应用需求的增长而增长，因此需要设计可扩展的边缘计算方案和架构。

可以采用分布式的边缘节点和资源管理机制，实现边缘计算的自动化部署和管理。

同时，还可以采用监控和故障检测机制，实时监控边缘设备和边缘节点的运行状态，以便及时发现和处理故障。

如何优化边缘计算平台的系统架构与部署边缘计算平台的系统架构与部署优化在当今数字化时代，数据的规模不断增长，对计算和存储资源的需求也越来越大。

为了满足这一需求，边缘计算平台应运而生。

边缘计算是一种分布式计算模式，将计算和存储资源移近数据源，减少了数据传输的延迟和带宽消耗。

然而，要想充分发挥边缘计算的优势，需要优化平台的系统架构和部署方式。

1. 架构设计边缘计算平台的架构设计应根据实际需求和场景进行定制化。

以下是几个优化边缘计算平台系统架构的关键要素：- 弹性扩展性：边缘计算平台应具备弹性扩展的能力，可以根据需求自动调整计算和存储资源，以应对不同工作负载的波动。

- 多级缓存：采用多级缓存可以提高数据的响应速度和访问效率，减少对远程存储资源的依赖。

- 模块化设计：将整个平台划分为多个独立的模块，实现解耦和高可用性。

每个模块可以独立升级和部署，方便维护和管理。

- 安全性和隐私保护：边缘计算平台应加强数据的安全性和隐私保护机制，包括数据加密、权限控制等措施，防止数据泄露和攻击。

2. 部署策略边缘计算平台的部署策略直接影响到其性能和可用性。

以下是优化边缘计算平台部署的几个关键点：- 位置优化：边缘计算平台应部署在靠近数据源的地理位置，以减少数据传输的延迟。

根据不同的应用场景，可以选择在边缘节点、入口交换机等位置上进行部署。

- 网络优化：边缘计算平台的部署应结合网络拓扑进行优化，减少网络传输的延迟和带宽消耗。

使用高带宽、低延迟的网络连接，如光纤、5G等，提高数据传输的效率。

- 自动化部署：采用自动化部署工具，如Ansible、Kubernetes等，可以简化边缘计算平台的部署过程，提高部署效率和一致性。

- 资源管理：边缘计算平台应具备资源管理能力，通过对计算和存储资源的监控和调度，实现最优的资源利用率和负载均衡。

3. 性能监控与优化对边缘计算平台的性能进行监控和优化是保证其稳定性和可靠性的关键。

以下是几个性能监控与优化的建议：- 实时监控：建立实时的性能监控系统，对边缘节点的计算和存储资源进行监控，及时发现和解决问题。

如何构建一个边缘计算网络边缘计算是一种分布式计算模型，旨在将数据处理和计算能力移至靠近数据源的边缘设备，以降低数据传输延迟和网络拥塞。

构建一个边缘计算网络，可以为用户提供更快速、可靠且高效的计算体验。

本文将讨论构建一个边缘计算网络所需的关键要素和步骤。

一、边缘计算网络的基本架构构建一个边缘计算网络，需要考虑以下基本架构要点：1. 边缘设备：边缘设备是指安装在边缘节点上的计算设备，如物联网设备、智能手机、传感器等。

这些设备负责采集、传输和处理数据，具备一定的计算能力，可以减少对中央计算资源的依赖。

2. 边缘节点：边缘节点是连接边缘设备和云端的中间层，用于处理边缘设备所产生的数据，并将其传输至云端或其他边缘设备。

边缘节点可以是物理设备或虚拟实例，需要具备一定的计算能力和存储能力。

3. 边缘网关：边缘网关是连接边缘网络和云端网络的桥梁，负责将边缘设备的数据传输至云端或其他边缘节点。

边缘网关通常具备数据缓存、转发和安全等功能。

4. 云端数据中心：云端数据中心提供强大的计算和存储能力，用于处理边缘设备所采集的数据并为用户提供各种服务。

云端数据中心通常具备高性能服务器、大规模存储和虚拟化技术。

二、构建边缘计算网络的步骤在构建一个边缘计算网络时，需要经过以下步骤：1. 网络规划：首先，需要对网络进行规划和设计。

确定边缘设备和边缘节点的布置位置，考虑网络拓扑结构、传输协议和安全策略等因素。

合理的网络规划可以提高网络性能和可靠性。

2. 边缘设备连接：将边缘设备连接到边缘节点或边缘网关。

为每个边缘设备配置唯一的标识符，并将其注册到边缘网络中，以便对其进行管理和监控。

确保边缘设备之间的通信畅通。

3. 边缘节点部署：将边缘节点部署在合适的位置，以便于边缘设备的访问和数据处理。

边缘节点应具备足够的计算能力和存储能力，能够处理边缘设备产生的数据，并将其传输至云端或其他边缘设备。

4. 边缘计算资源管理：管理边缘计算资源，包括边缘设备、边缘节点和边缘网关。

边缘计算的架构挑战与应用边缘计算架构的核心是边缘节点，它是分布在网络边缘的物理设备，可以处理和存储数据，具备一定的计算能力。

边缘节点与终端设备之间的距离短，可以实现快速响应和低延迟的数据交互。

边缘节点采用分布式计算的方式，可以将计算任务分发给多个节点并并行处理，提高计算效率。

边缘节点与云数据中心之间通过高速网络连接，进行数据传输和协同工作。

边缘节点还可以提供一些额外的服务，如数据缓存、数据推送和安全认证等。

边缘计算的架构面临一些挑战。

首先是资源限制。

边缘节点通常具有有限的计算和存储资源，需要根据实际需求进行资源分配和调度。

其次是可靠性和安全性。

边缘节点在分布式环境下工作，需要保证数据的完整性和可用性，同时要防止数据泄露和攻击。

再次是协同工作和管理。

边缘节点和云数据中心之间需要进行有效的数据同步和协作，同时需要实时监控和管理节点的状态和运行情况。

边缘计算具有广泛的实际应用场景。

首先是物联网（IoT）领域。

边缘节点可以作为物联网设备的网关，将数据在本地进行处理和存储，减少对云服务的依赖。

其次是视频监控和智能交通。

边缘节点可以在摄像头附近进行数据处理和分析，从而减少对网络带宽的需求。

再次是移动应用和游戏。

边缘节点可以提供低延迟的计算和服务，提高用户体验。

此外，边缘计算还可以应用于工业自动化、医疗健康和智能家居等领域。

总结起来，边缘计算是一种新兴的计算模式，它将计算和存储资源移动到离数据源和终端设备更近的边缘位置，以减少数据传输延迟和网络带宽压力。

边缘计算的架构涉及边缘节点、边缘数据中心和云数据中心之间的协同工作。

边缘计算面临资源限制、可靠性与安全性、协同工作与管理等挑战。

边缘计算具有广泛的实际应用场景，包括物联网、视频监控与智能交通、移动应用与游戏等领域。

边缘计算的兴起将为各行各业带来更高效和可靠的计算和数据处理服务。

云计算与边缘计算的网络架构 云计算和边缘计算作为当下信息技术领域的两个热门概念，对于网络架构的要求也日益提高。本文将分析云计算与边缘计算在网络架构方面的特点和对于传统网络的挑战，并针对这些挑战提出相应的解决方案。

一、云计算网络架构 云计算是指将计算资源、软件和数据存储等信息技术服务通过互联网等远程方式交付给用户的一种模式。在云计算网络架构中，数据和应用程序存储在远程服务器上，用户通过网络进行访问和使用。云计算网络架构的主要特点包括：

1. 高可靠性：云计算网络采用分布式计算和存储技术，数据和服务存储在多个服务器上，实现了冗余备份和容错机制，大大提高了网络系统的可靠性。

2. 弹性扩展：云计算网络可以根据用户需求实时进行资源的动态分配和释放，提供弹性的计算和存储能力，灵活应对不同规模和变化的工作负载。

3. 高性能：云计算网络在计算和存储能力方面具备高性能特点，能够满足大规模数据处理和复杂计算任务的需求。

二、边缘计算网络架构 边缘计算是指在用户设备和云计算中心之间，将计算和存储等资源放置在网络边缘的一种新兴计算模式。边缘计算网络架构的主要特点包括：

1. 低延迟：边缘计算网络将计算资源靠近用户，缩短了数据传输的距离和时间，减少了通信延迟，提高了系统的实时性和响应速度。

2. 数据隐私：边缘计算网络可以将敏感数据在用户设备附近进行处理和存储，避免了将数据传输到云端的隐私风险，提升了数据的安全性。

3. 离线支持：边缘计算网络可以在断网或网络较差的情况下，仍然能够提供一定程度的服务支持，满足用户在离线环境下的计算和存储需求。

三、云计算与边缘计算的融合架构 云计算和边缘计算作为两种不同的计算模式，在网络架构方面存在着一些挑战。为了更好地满足用户需求，可以将云计算和边缘计算进行融合，构建更加灵活高效的网络架构。

1. 边缘节点部署：在边缘计算网络中增加一定数量的边缘节点，将计算和存储等资源放置在距离用户更近的位置，提高数据传输速度和服务响应效率。

332018年第5期

边缘计算释放物理世界的潜能每年4月份在德国召开的汉诺威工业展是世界工业技术发展的趋势风向标，也是“感知”OT和ICT融合热点的盛宴。2018年我也成为了全球21万参会者中的一员。在大会众多热点中，有两个主题特别值得关注。

产业集成—连接与协作为什么在今天的产业环境下，提出这样主题正当时？客户需要垂直整合的方案，单厂商方案往往“孤掌难鸣”，需要厂商间的协作。但是长期以来，工业界一直存在着大量封闭的阵营，阵营间难以开放协作，数据难以有效流动和创造价值。今天，随着OPC-UA、TSN网络等为代表的开放标准的产业推进，水平解耦的开放平台在工业的应用和推广，让跨领域、跨厂商的连接和协作成为了可能。基于开放的连接和协作，产业链上下游可以灵活地选择合作伙伴，实现战略的聚焦、生态的共赢，为创新提供开放的空间。呼应大会主题和产业的共同诉求，在本次大会上，华为联合了工业互联网产业联盟(AII)、Avnu联盟、边缘计算产业联盟(ECC)、Fraunhofer FOKUS、美国国家仪器(NI)、施耐德电气、贝加莱(B&R)等超过20家国际组织和业界知名厂商，发布了面向六大应用场景的TSN网络+OPC UA测试床。

基于开放的连接和协作，产业链上下游可以灵活地选择合作伙伴，实现战略的聚焦、生态的共赢，为创新提供开放的空间。

文/史扬

华为产业规划专家、边缘计算产业联盟需求与架构主席史扬 边缘计算释放物理世界的潜能

融合论坛.indd 332018/5/28 13:38:2234软件和集成电路SOFTWARE AND INTEGRATED CIRCUIT

融合论坛INTEGRATION FORUM数字孪生无处不在主流厂商的展台都离不开数字孪生的话题和场景展示。基于对物理世界的连接、感知和认知，在数字世界里可以构建物理世界的数字映像，实现数据和信息的双向流动，用数字世界的创新技术对物理世界进行持续预测和优化。在过去十年里，网络、计算和存储领域作为ICT产业的三大支柱，在技术可行性和经济可行性方面发生了指数性提升。网络带宽提升千倍，而成本下降40倍；计算芯片的成本下降60倍；存储单硬盘容量增长万倍，而成本下降17倍；大数据、AI等新一代信息技术快速发展和应用，预示了利用ICT数字技术释放物理世界潜能的时机已到。那么，如何连接数字世界和物理世界呢？物理世界与云计算的数字世界如果直接联接，将面临高时延、高带宽成本、安全与隐私、可靠性不足等风险，显然需要把智能从云端分布到网络的边缘侧，在靠近物理世界的位置，用